基于金属纳米簇的生物检测方法及应用

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癌症、慢性疾病等威胁着人类的生命安全,对生命质量造成严重影响。其发生发展通常与体内的核酸分子(DNA或RNA)、蛋白质、金属离子或者小分子的异常息息相关。临床上可以通过对疾病标志物的浓度检测进行疾病的诊断。然而,在疾病发生初期,这些标志物的浓度极低,常规方法不易检出,导致患者错过最佳治疗时期,最终造成严重后果。因此,开发高灵敏度、高特异性的检测方法对疾病的早期诊断与及时监测具有非常重要的意义。本论文以金属纳米簇作为检测标记物,分别针对疾病相关的DNA、Fe3+、miRNA,开发了三种高灵敏度的检测方法,主要内容如下:1.基于铜纳米簇(CuNCs)-生物条形码放大的DNA电化学检测选用胃癌基因片段作为靶DNA,将生物条形码放大技术与电化学检测技术相结合,用于DNA的超灵敏检测。制备捕获DNA-Si O2-Poly T生物条形码探针,利用聚胸腺嘧啶(Poly T)与铜离子的亲和性,介导铜离子在生物条形码探针表面还原成铜纳米簇,从而获得放大的靶DNA电化学检测信号。结果表明,二氧化硅表面捕获DNA:poly T的最佳比例为1:60,最佳铜离子还原时间为10 min。该检测方法的最低检测限为10 pM,去除背景后的信号比例为正配DNA:单碱基错配DNA:双碱基错配DNA:完全错配DNA=5.3:3.7:1.9:1,具有良好的特异性。2.基于金纳米簇(AuNCs)的荧光传感器用于Fe3+的灵敏检测以谷胱甘肽(GSH)为模板合成了对Fe3+具有特异性响应的GSH-AuNCs,构建了一种用于Fe3+检测的简便、灵敏的荧光生物传感器。该传感器稳定性好,在pH值2~9范围内均表现出对Fe3+的灵敏响应。通过条件优化,其最佳反应时间为30 min,最佳反应温度为15℃。该方法最低检测限为2 n M,在0.005~15μM之间呈线性关系,线性方程为y=-104.33x+2734.60,检测特异性良好,对尿液样本的回收率为91.5%~104.8%。该方法操作简便、响应迅速,可实现对Fe3+的快速灵敏检测。3.基于银纳米簇非标记多重放大的miRNA检测基于级联催化发夹组装(Catalytic hairpin assembly,CHA)和银纳米簇的聚集诱导发光性质,发展了一种用于miRNA检测的非标记多重放大检测方法。通过级联CHA循环过程不断产生杂交的末端带银纳米簇的H1-H2复合结构,该复合体的不断增加,使大量的不发光的银纳米簇不断靠近,聚集诱导产生强烈荧光,实现多重放大的作用。通过条件优化,最佳反应时间为6 h,最佳反应温度为25℃,反应缓冲溶液的最佳离子浓度为钠离子300 mM。该方法检测下限为300 pM,特异性良好。
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